濮 迪

（電子科技集團公司 第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

衛(wèi)星通信運行控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究

濮 迪

（電子科技集團公司 第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

文章闡述了衛(wèi)星通信運行控制系統(tǒng)的基本概念以及對衛(wèi)星通信運行控制系統(tǒng)的認知和理解，分析了衛(wèi)星通信運控系統(tǒng)功能，提出了多層次衛(wèi)星通信運行控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，以期滿足未來衛(wèi)星通信運控系統(tǒng)可重構(gòu)和可擴充的能力要求。

衛(wèi)星通信；體系結(jié)構(gòu)；運控系統(tǒng)；多層分布式

衛(wèi)星通信運行控制系統(tǒng)是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要組成部分，是保障系統(tǒng)可靠、高效運行的主要手段。運行控制系統(tǒng)用數(shù)臺計算機指揮和監(jiān)視衛(wèi)星的運行，負責向衛(wèi)星發(fā)出各種指令，安排衛(wèi)星工作程序，控制衛(wèi)星運行姿態(tài)，指揮傳感器工作及信息的傳輸以及控制星載儀器與地面接收站的工作配合等。通過建立衛(wèi)星運控系統(tǒng)，可提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的使用效能，提高衛(wèi)星通信網(wǎng)絡管理與決策的科學化、自動化水平、提高地面裝備的利用率和衛(wèi)星的資源利用率，并能夠使地面系統(tǒng)高效運行。本文重點研究了衛(wèi)星運行控制體系結(jié)構(gòu)，提出了一種體系結(jié)構(gòu)設計方案，以滿足衛(wèi)星通信運控系統(tǒng)業(yè)務重構(gòu)和靈活擴充的要求。

1　衛(wèi)星運控系統(tǒng)功能

所有衛(wèi)星通信系統(tǒng)均分為用戶段、空間段和控制段三大部分，其中控制段稱之為運控系統(tǒng)［1-2］。運控系統(tǒng)主要包括如下功能：（1）遙測遙控功能。利用遙測、遙控手段對衛(wèi)星有效載荷進行全面的監(jiān)測、控制和管理。（2）載波監(jiān)視功能。接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的通信載波，測量并分析其功率、帶寬、頻譜等數(shù)據(jù)以及發(fā)現(xiàn)干擾信號，以確保衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的安全與轉(zhuǎn)發(fā)器資源的合理配置。（3）衛(wèi)星管理功能。衛(wèi)星有效載荷和平臺狀態(tài)進行監(jiān)視，對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器進行管理控制。（4）網(wǎng)絡管理功能。通信網(wǎng)管理宏觀掌握各衛(wèi)星通信系統(tǒng)的運行情況，并對各衛(wèi)星通信網(wǎng)進行配置管理、資源管理、性能管理和故障管理。（5）決策支持功能。可提供快速科學的決策支持輔助系統(tǒng)高效運行。決策支持包括評估、故障診斷、任務規(guī)劃、網(wǎng)絡規(guī)劃等子功能。（6）記帳功能。收集規(guī)劃的和實際使用的衛(wèi)星資源（EIRP和帶寬），生成報告，通知機構(gòu)或用戶付費。（7）密鑰管理功能。控制產(chǎn)生、分配、分發(fā)與跟蹤密鑰。（8）星歷表傳播功能?；谲壍朗噶?，傳播衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)，預測衛(wèi)星軌道參數(shù)，幫助地面站捕獲與跟蹤衛(wèi)星，幫助調(diào)制解調(diào)器補償多普勒頻率影響。

2　體系結(jié)構(gòu)設計

傳統(tǒng)的運行控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)多采用兩層的C/S結(jié)構(gòu)，將一個復雜的計算機運行控制系統(tǒng)分解為多個互相獨立的子系統(tǒng)。系統(tǒng)由服務器和客戶機兩部分組成，服務器實現(xiàn)對整個系統(tǒng)資源的存儲和管理，多個客戶機各自處理相應的業(yè)務，共同實現(xiàn)系統(tǒng)的完整應用。隨著系統(tǒng)管理規(guī)模的不斷擴大和用戶需求的不斷提高，傳統(tǒng)的C/S模式已經(jīng)不能適應衛(wèi)星運控系統(tǒng)新的使用要求，因此，衛(wèi)星運行控制體系結(jié)構(gòu)應采用“管理應用層/業(yè)務邏輯層/數(shù)據(jù)層”多層分布式結(jié)構(gòu)［3］，如圖1所示。

多層分布式體系結(jié)構(gòu)具有跨平臺、易重構(gòu)、擴展靈活和穩(wěn)定性好等優(yōu)點。整個體系結(jié)構(gòu)自上而下劃分為3個層次，管理應用層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)層。根據(jù)業(yè)務邏輯層所提供的服務類型的不同，又將業(yè)務邏輯層分為核心服務和基礎服務2個子層。體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部采用中間件技術(shù)作為主要的分布式計算平臺，3層之間通過中間件平臺進行互連，形成一個分布式的計算環(huán)境。分布式的體系結(jié)構(gòu)使得各層邏輯上相互獨立，從而使系統(tǒng)內(nèi)部的耦合性大大降低，提高了系統(tǒng)的適用性。

管理應用層處于體系結(jié)構(gòu)的頂層，實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間的人機交互。該層接收用戶輸入請求，根據(jù)用戶請求通過CORBA中間件調(diào)用業(yè)務邏輯層相應的服務，獲取處理結(jié)果，并將處理結(jié)果以圖形和文字的方式展現(xiàn)。

業(yè)務邏輯層是體系架構(gòu)的核心，將各種業(yè)務服務邏輯集中實現(xiàn)，對系統(tǒng)中的各類業(yè)務進行處理，是用戶管理層和數(shù)據(jù)層的橋梁，接收管理應用層發(fā)來的業(yè)務請求，按照確定的業(yè)務規(guī)則進行業(yè)務處理并調(diào)用數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)訪問服務，處理完成后將結(jié)果返回管理應用層。

數(shù)據(jù)層由數(shù)據(jù)訪問服務與業(yè)務數(shù)據(jù)組成，負責統(tǒng)一處理業(yè)務邏輯層中不同服務的業(yè)務數(shù)據(jù)訪問。數(shù)據(jù)層的主要作用是存儲和管理業(yè)務數(shù)據(jù)，并向業(yè)務邏輯層提供數(shù)據(jù)訪問服務。

（1）管理應用層。管理應用層是運行控制系統(tǒng)中人機交互的接口，對外提供用戶操作的界面，對內(nèi)則調(diào)用業(yè)務邏輯層中的服務。管理應用層采用插件的方式，由主程序和多個插件組成，其中主程序作為其它插件的容器，所有插件都作為主程序的一部分運行，主程序可以控制所有插件的運行和顯示。用戶通過操作管理應用層中的各個功能插件，調(diào)用業(yè)務邏輯層中的不同服務，在數(shù)據(jù)層提供的業(yè)務數(shù)據(jù)的基礎下，生成操作結(jié)果并在人機界面顯示。例如，進行任務規(guī)劃時，通過對管理應用層的任務規(guī)劃插件進行操作，輸入任務信息，通過數(shù)據(jù)訪問服務獲取需要的業(yè)務數(shù)據(jù)，并調(diào)用業(yè)務邏輯層中的任務規(guī)劃服務實現(xiàn)新的任務資源的分配，生成的任務規(guī)劃結(jié)果呈現(xiàn)給管理應用層的任務規(guī)劃應用程序。（2）業(yè)務邏輯層（核心服務）。核心服務層完成信息的獲取、寫入以及流程信息的分發(fā)，向上為管理應用層提供各項服務，向下獲取各項業(yè)務數(shù)據(jù)，并將管理應用以及其他相關(guān)信息通過數(shù)據(jù)層進行存儲。主要實現(xiàn)衛(wèi)星管理、決策支持、載波監(jiān)視等與業(yè)務邏輯密切相關(guān)的服務。（3）業(yè)務邏輯層（基礎服務）?；A服務層實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問、地圖資源管理、數(shù)據(jù)庫備份與恢復等公共的與業(yè)務處理邏輯無關(guān)的基礎服務，由管理應用層相應的應用程序調(diào)用。（4）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層實現(xiàn)對業(yè)務數(shù)據(jù)的存儲、維護和管理控制，從數(shù)據(jù)字典定義、表格式定義、數(shù)據(jù)庫訪問接口、同步機制等方面對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一設計，并對外提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)查詢和存儲的服務。

3　結(jié)語

文章闡述了對衛(wèi)星運行控制系統(tǒng)的認知和理解，提出了多層次分布式的衛(wèi)星運行控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，既滿足對未來衛(wèi)星運控系統(tǒng)可重構(gòu)和易擴充的能力需求，也有助于實現(xiàn)對已有系統(tǒng)的綜合集成。

圖1　衛(wèi)星運行控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

［1］馮少棟，張衛(wèi)鋒，張曉靜.美軍下一代轉(zhuǎn)型衛(wèi)星運控系統(tǒng)設計［J］.數(shù)字通信世界，2009（5）：59-63.

［2］楊紅俊.美軍空軍衛(wèi)星控制網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.電訊技術(shù)，2002（3）：12-15.

［3］張學慶，馬萬權(quán)，高朝暉，等.衛(wèi)星管理控制體系結(jié)構(gòu)研究［J］.無線電工程，2006（5）：36-38.

Research on Satellite Operation Control System Architecture

Pu Di
（The 54th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Shijiazhuang 050081， China）

Basic concept， knowledge and understand of the satellite operation control system are described in this paper and satellite operation control system is analyzed. In this paper， a multi-level architecture of the satellite operation control system is proposed to meet the reconfigurable and scalable requirements of the satellite operation control system in the future.

satellite communication； system architecture； operation control system； multi-layer distributed

濮迪（1978— ），男，江蘇溧水。